tugas pekan 1 fisika dasar 2 2012

7/22/2019 Tugas Pekan 1 Fisika Dasar 2 2012

1/17


2/17

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 2

4. Suatu muatan 9C diletakkan pada jarak 20 cm dari muatan 1C seperti ditunjukan pada gambar di

bawah ini. Dimana letak titik yang kuat medan listriknya 0?

Jawab:

Letak titik ini adalah pada jarak 5 cm dari muatan 1C.

5. Kutub-kutub sebuah aki 12 Volt dihubungkan dengan keping-keping sejajar. Jarak antara 2 keping itu

adalah 0,5 cm. Medan listrik di antara 2 keping dianggap uniform. Hitung medan listrik diantara 2

keping tersebut.

Jawab:

Medan listrik arahnya dari keping (+) ke keping (-). Keping (+) mempunyai potensial lebih tinggi.

Beda potensial antara keping positif dan keping negatif sama dengan beda potensial antara kutub-

kutub aki. Jadi besar medan di antara kedua keping adalah

,


3/17


6. Inti atom besi mempunyai jari-jari sekitar 4 x 10-15 m dan mengandung 26 proton. Jika proton-protondi dalam inti terpisah pada jarak 0,5 kali jari-jari inti atom, maka berapa gaya elektrostatis (gaya

tolak) yang bekerja?

Jawab:

7. Dua bola kecil terpisah pada jarak 2 m. Bola-bola tersebut dimuati dengan jumlah muatan yang sama.

Hitung besar muatan masing-masing bola jika gaya tolak antar kedua bola 20 N.

Jawab:

8. Jarak rata-rata elektron dan proton dalam atom hidrogen sekitar 5,3 x 10-11m. Berapa gaya tarik

gravitasi dan gaya tarik listrik antara elektron dan proton?

Jawab:

9. Dua muatan masing-masing besarnya 8 C dan 5 C diletakkan pada sumbu x suatu s istem koordinat

pada jarak 6 m satu sama lain. Muatan pertama diletakkan pada pusat koordinat. Hitung dimanasuatu muatan negatif harus diletakkan agar gaya yang dialami oleh muatan negatif ini sama dengan

nol.

Jawab:

Muatan negatif tidak mungkin diletakkan di sebelah kanan q2atau di sebelah kiri q1, karena gaya-

gaya yang diakibatkan oleh kedua muatan searah. Jadi untuk mendapatkan resultan gaya 0, muatan

negatif harus diletakan di antara kedua muatan positif.


4/17


10. Dua muatan titik ditempatkan pada sumbu x; +10 C pada x = 0 dan -12 C pada x = 50 cm.Dimana letak muatan ketika +q harus diletakkan agar gaya-gaya yang bekerja pada muatan ketiga

sama dengan nol?

Jawab:


5/17


Titik C terletak pada jarak 5,26 m di sebelah kiri A.

11. Dua buah muatan q1= 1 x 10-6C dan q2= 2 x 10-6C terpisahkan pada jarak 3 cm. Hitung gayatarik menarik di antara kedua muatan tersebut.

Jawab:

12. Tiga muatan titik terletak pada sumbu x; q1= 8C terletak pada titik asal, q2= - 4 C terletak padajarak 20 cm di sebelah kanan titik asal, dan q0= 18 C pada jarak 60 cm di sebelah kanan titik asal.

Tentukan besar gaya yang bekerja pada muatan q0!

Jawab:


6/17


13. Hitung kuat medan listrik yang dihasilkan proton (e = 1,6 x 10 -19C) pada titik yang jaraknya dariproton tersebut (a) 10-10 m dan (b) 10-14 m (c) Bandingkan kuat medan di kedua titik tersebut!

(ket. : dimensi atom adalah dalam orde 10-10m dan dimensi inti adalah dalam orde 10-14m)

Jawab:

14. Sebuah muatan q1= 12 nC diletakkan di titik asal dan muatan kedua q2 = 8 nC diletakkan dix= 4 m. (a) Tentukan kuat medan di x = 2 m (b) Tentukan titik di sumbu x yang kuat medannya

adalah nol.

Jawab:


7/17


15. Hitung gaya pada Q3untuk gambar berikut ini.

Jawab:

16. Pada titik sudut bujursangkar ABCD yang bersisi 20 cm diletakkan muatan masing-masing sebesar2 C, 4 C, 6 C dan 4 C. Hitung kuat medan di titik E yang terletak di tengah-tengah A dan B!

Hitung juga kuat medan di titik pusat bujursangkar (titik O)!

Jawab:


8/17



9/17


17. Dua bola kecil masing-masing bermassa 1 kg digantungkan pada dua utas tali yang diletakkanberdampingan. Bola ini kemudian dimuati dengan jumlah muatan yang sama besar dan sama

tandanya. Setelah keadaan seimbang kedua muatan masing-masing membentuk sudut 30odengan

sumbu vertikal. Hitung besar muatan masing-masing bola tersebut! (Panjang tali 1 m, g = 9,8 m/s2 )

Jawab:

Karena muatan kedua bola sejenis, maka kedua bola akan saling tolak, sehingga jarak kedua bola

makin lama makin jauh. Namun, gaya gravitasi bumi akan menarik bola ke arah bawah sehingga

bola tidak akan terus naik. Setelah keadaan seimbang berlaku tan = Fg/Flistrik. Sedangkan gaya

tarik gravitasi antara kedua bola sangat kecil sehinga dapat diabaikan.


10/17


tan =

q= 2,5 10-5C.

18. Dua buah muatan titik q1= +12 nC, dan q2= -12 nC ditempatkan pada jarak 10 cm. Hitung medanlistrik yang ditimbulkan oleh kedua muatan ini pada titik a, b, dan c seperti pada gambar berikut ini.

Jawab:

Medan pada titik adisebabkan oleh muatan q1dan q2dinyatakan denganEa1 danEa2.Ea1= (9,0 10

9Nm2 /C2)

= 3,0 104N/C dengan arah menjauhi q1(arah ke kanan)

Ea2= (9,0 109Nm2 /C2)

= -6,75 104N/C dengan arah menuju q2(arah ke kanan)

Jadi, arahEa1danEa2adalah sama-sama ke kanan, oleh karena itu resultan :

Ea = Ea1+ Ea2= 3,0 104N/C + 6,75 104N/C = 9,75 104N/C (arah ke kanan)

Medan pada titik bdisebabkan oleh muatan q1 dan q2 dinyatakan denganEb1 danEb2.


11/17


Eb1= (9,0 109Nm2/C2)

= 6,75 104N/C dengan arah menjauhi q1(arah ke kiri)

Eb2= (9,0 109Nm2/C2)

= -0,55 104N/C dengan arah menuju q2(arah ke kanan)

Resultan medan di titik b yaitu :

Eb = Eb1+ Eb2= 6,75 104

N/C - 0,55 104

N/C = 6, 20 104

N/C (arah ke kiri)

19. Dua buah muatan yang besarnya sama dan berlawanan tandanya, q, terpisah pada jarak a, akanmembentuk sebuah dipol listrik. Momen dipol listrik p mempunyai besar aq dan menunjuk dari

muatan negatif ke muatan positif.

Berapakah medanEyang ditimbulkan oleh muatan-muatan ini pada titik P sejarak rsepanjang garis

pembagi tegak lurus dari garis yang menghubungkan muatan-muatan tersebut ? Anggaplah r >> a.

Jawab:

E= E1+ E2

Dengan E1= E2=

Jumlah vektor dari E1dan E2mengarah secara vertikal ke bawah dan mempunyai besar :

E = 2E1cos

20. Dua buah bola masing-masing bermassa 0,2 gram digantungkan dengan tali yang sama panjang.Bola tersebut dimuati dengan muatan sejenis sehingga tali membentik sudut 30o dengan garis

vertikal. Dengan menggunakan g = 9,8 m/s2, hitunglah (a) muatan masing-masing bola dan

(b) tegangan tali.


12/17


Jawab:

Ketika keadaan setimbang, gaya-gaya yang bekerja semua setimbang. Resultan gaya arah sumbu x

memberikan Fl= T sin 30o. Sedangkan resultan gaya arah sumbu y memberikan T cos 30o= mg.

21. Sebuah elektron ditembakkan dengan kecepatan awal 5 x 10 -6m/s searah dengan arah medan listrikyang kekuatannya 103N/C. Kapan dan dimana elektron akan berhenti?

Jawab:

Arah medan listrik seolah-olah berasal dari keping positif. Medan ini akan menahan gerak elektron,

sehingga elektron akan diperlambat. Dengan menghitung perlambatan, kita bisa menghitung

dimana elektron akan berhenti.

=

Tanda (-) karena arah gaya yang memberikan perlambatan berlawanan dengan arah gerak.

22. Sebuah elektron diarahkan dengan sudut 45odengan kecepatan vo= 3 x 106m/s dalam medan listrikvertikal yang berasal dari 2 keping elektroda. E= 103N/C, jarak keping d = 2 cm dan l= 10 cm.

Apakah elektron akan menumbuk keping atas? Apakah elektron akan mengenai keping bawah lagi?


13/17


Jawab:

Arah medan listrik E ke atas sehingga elektron mendapat gaya ke bawah. Pada ketinggian

maksimum yang dicapai elektron (vy= 0),

Karena ymax < d, maka elektron tidak akan pernah menumbuk keping atas. Sekarang untuk

mengetahui apakah elektron akan mengenai keping bawah lagi, kita hitung jarak mendatar ketika

elektron mencapai tinggi maksimum (xm).

Karena x < l,berarti elektron akan mengenai (jatuh) keping bawah lagi.


14/17


23. Dua buah bola konduktor akan tarik-menarik dengan gaya sebesar 0,108 N ketika dipisahkan pada

jarak 50 cm. Kemudian kedua bola ini dihubungkan dengan sebuah kawat konduktor sehingga

terjadi kesetimbangan muatan. Setelah kawat konduktor tersebut dilepaskan ternyata kedua bola

tadi akan tolak-menolak dengan gaya sebesar 0,036 N. Berapa besarnya muatan dari kedua bola

tersebut mula-mula ?

Jawab:

Saat kedua bola konduktor tarik-menarik

Saat kedua bola konduktor tolak-menolak

24.Muatan Q1berada di titik A (0, 5) sedangkan muatan Q2di titik B (12, 0), kedua muatan tersebutbesarnya masing-masing adalah Q1= 30 C dan Q2= - 10 C.

a. Hitung gaya yang dialami oleh muatan Q2akibat muatan Q1.b. Bila terdapat muatan Q3 sebesar -20 C di titik asal O (0,0) hitung gaya total yang bekerja

padanya.

Jawab:


15/17


a.

b.

25. Diketahui sebuah muatan Q1 sebesar 300 C yang terletak di titik A (1, 2, 3). Hitung gayaCoulomb yang bekerja pada muatan lain Q2 sebesar - 100 C yang terletak di titik B (2, 0, 5).

Jawab:

26. Hitung medan listrik di M (3, 4, 2) dalam ruang hampa yang disebabkan oleh muatanQ1= 2 nC di P1 (0,0,0) dan Q2= 3 n C di P2( 1, 2, 3).Jawab:


16/17


27. Hitung medan listrik E di titik P (5, 6, 1) akibat muatan garis L= 30 n C/m yang terletak padaperpotongan antara bidang y = 3 dan z = 5.

Jawab:

28. Sebuah muatan bidang Ssebesar 2 nC/m2terletak pada bidang x = 3. Sebuah muatan garis Lsebesar 20 nC/m terletak pada x = 1, z = 4. Tentukan arah medan listrik di titik P (4, 5, 6).

Jawab:

Akibat muatan garis

Akibat muatan bidang


17/17


Akibat muatan garis dan bidang

29. Seseorang menggesekan kakinya pada keset wol sehingga mengakumulasikan muatan 60 C.Muatan elektron adalah 1,6 x 10-19C dan massanya 9,1 x 10-31kg. Berapakah jumlah elektron

yang ditarik oleh kaki orang tersebut? Berapakah pertambahan massa orang tersebut?

Jawab:

30. Empat muatan masing masing 6,0 C ditempatkan pada sudut sebuah persegidengan sisi 1,0 m.Tentukan besar dan arah gaya yang dialami oleh setiap partikel.

Jawab:

Setiap muatan akan mendapatkan resultan gaya yang sama. Gaya untuk masing-masing muatan

adalah:

tugas pekan 1 fisika dasar 2 2012

Documents